1、4.1 变压器的空载合闸时的瞬变过程变压器的空载合闸时的瞬变过程 变压器二次侧空载，把一次侧绕组接入电源，变压器二次侧空载，把一次侧绕组接入电源，称为变压器的称为变压器的空载合闸空载合闸。变压器正常运行时，励磁电流很小，大型电力变压器正常运行时，励磁电流很小，大型电力变压器空载电流只占额定电流变压器空载电流只占额定电流2.5%2.5%以下以下 。但空载。但空载合闸到电网的瞬间，励磁电流可能急剧增加为正常合闸到电网的瞬间，励磁电流可能急剧增加为正常励磁电流的几十倍，甚至上百倍，空载合闸出现的励磁电流的几十倍，甚至上百倍，空载合闸出现的瞬态电流冲击，可能引起系统跳闸。瞬态电流冲击，可能引起系统跳闸
2、。第第4 4章章 变压器的瞬变过程变压器的瞬变过程一、空载合闸物理过程分析一、空载合闸物理过程分析图图4 41 1 变压器空载合闸到电网接线图变压器空载合闸到电网接线图 在在 t=0 ,0 的初始条件下，上式的解为：的初始条件下，上式的解为：电网电压按正弦规律变化，则空载时一次侧的电网电压按正弦规律变化，则空载时一次侧的电压平衡方程为：电压平衡方程为：112sin()dNUtdt)sin(21111tUdtdNri)cos(cos)cos(cos2m11ttNU 结论：结论：磁通无暂态分量磁通无暂态分量，合闸后立即建立稳态磁通，合闸后立即建立稳态磁通，所以建立此磁通的励磁电所以建立此磁通的励磁
3、电流不经过瞬变过程就达到流不经过瞬变过程就达到了稳态励磁电流，避免了了稳态励磁电流，避免了空载合闸时冲击电流的产空载合闸时冲击电流的产生，也就是说，生，也就是说，变压器在变压器在这种情况下合闸最为有利这种情况下合闸最为有利。2(1)当初相角为 时：ttsin)2cos(mm 在空载合闸后半个周期（在空载合闸后半个周期（），磁通达到），磁通达到最大值最大值 为正常励磁磁通的两倍。为正常励磁磁通的两倍。0 /t(2)当初相角为 时：tt mmmcoscos1 mmax2图图4 42 2=0空载合闸时磁通曲线空载合闸时磁通曲线 图图4 43 3 铁心磁化曲线铁心磁化曲线10r 1r 此时合闸，将使铁
4、心处于严重过饱和，从而导致此时合闸，将使铁心处于严重过饱和，从而导致励磁电流急剧增加，可达到正常励磁电流的几十甚励磁电流急剧增加，可达到正常励磁电流的几十甚至上百倍，额定电流的至上百倍，额定电流的5858倍。铁心饱和程度越高，倍。铁心饱和程度越高，合闸电流也越大。合闸电流也越大。实际情况下，电阻实际情况下，电阻 所以励磁电流会逐渐衰所以励磁电流会逐渐衰减到正常值，衰减快慢与绕组电阻和电抗有关。一减到正常值，衰减快慢与绕组电阻和电抗有关。一般小容量变压器般小容量变压器 较大，合闸电流衰减快，只需几较大，合闸电流衰减快，只需几个周期就可以达到稳态值。大型变压器个周期就可以达到稳态值。大型变压器 较
5、小，合较小，合闸电流衰减慢，有时可能达到闸电流衰减慢，有时可能达到20s20s。1r空载合闸电流对变压器本身没有多大的危害，空载合闸电流对变压器本身没有多大的危害，但当它衰减较慢时，可能引起过电流保护装置动但当它衰减较慢时，可能引起过电流保护装置动作而跳闸。作而跳闸。为了避免这种现象，需设法加速合闸电流的衰为了避免这种现象，需设法加速合闸电流的衰减。大型变压器中，在变压器一次侧串联一个合减。大型变压器中，在变压器一次侧串联一个合闸附加电阻，以减小合闸电流幅值并加快衰减，闸附加电阻，以减小合闸电流幅值并加快衰减，合闸结束后将该电阻切除。合闸结束后将该电阻切除。二、空载合闸的影响二、空载合闸的影响
6、4.2 变压器副边突然短路时的变压器副边突然短路时的瞬变过程瞬变过程 一、突然短路瞬变过程分析一、突然短路瞬变过程分析图图45 变压器突然短路变压器突然短路 突然短路电流的大小与发生短路瞬间电源电压突然短路电流的大小与发生短路瞬间电源电压的初相角有关。的初相角有关。（1）突然短路发生在电压初相角）突然短路发生在电压初相角 时：时：2突然短路一发生就进入稳定状态，短路电流值最小。突然短路一发生就进入稳定状态，短路电流值最小。)sin(21N1kkkktUudtdiLrikcos2)cos(2kkkTteItIitIisin2kk（2）突然短路发生在电压初相角）突然短路发生在电压初相角 时时0 图
7、图46 =0时突然短路电流时突然短路电流 kkkk2cos2TteItIi 图图4-6 =0时时突突然然短短路路电电流流 短路电流最大值发生在短路后半个周期瞬间，短路电流最大值发生在短路后半个周期瞬间，即即 时，可求出最大短路电流为：时，可求出最大短路电流为：/t krkx1.2 1.4yk 是突然短路电流的最大值与稳态短路电流最大是突然短路电流的最大值与稳态短路电流最大值的比值，其大小决定于变压器的值的比值，其大小决定于变压器的 和和 ，中、小，中、小型变压器型变压器 ，大容量变压器，大容量变压器 =1.71.8=1.71.8。ykkykkmax2)1(2kIkeIiT*kykNNyNkyN
8、maxk*maxk12ZkZIUkIIkIiiyk=1.71.8 结论：结论：与与 成反比。成反比。例如当例如当 ：最大短路电流达到额定电流的最大短路电流达到额定电流的25253030倍，这样大倍，这样大的冲击电流会对变压器绕组产生很大的电磁力，对变的冲击电流会对变压器绕组产生很大的电磁力，对变压器安全运行有严重影响。为了限制最大短路电流，压器安全运行有严重影响。为了限制最大短路电流，变压器的短路阻抗不能太小，但从减小变压器的电压变压器的短路阻抗不能太小，但从减小变压器的电压变化率角度考虑，短路阻抗也不能太大，所以，变压变化率角度考虑，短路阻抗也不能太大，所以，变压器设计时要全面考虑器设计时要
9、全面考虑 。max*ki*0.06kZmax*1(1.5 1.8)25 300.06ki*kZ二、突然短路的影响二、突然短路的影响从发热的角度来看，突然短路时由于短路电流很从发热的角度来看，突然短路时由于短路电流很大，而铜耗与电流的平方成正比。所以，短路时大，而铜耗与电流的平方成正比。所以，短路时铜耗很大，其绕组温度急剧升高，变压器的保护铜耗很大，其绕组温度急剧升高，变压器的保护装置会动作及时切除电源。装置会动作及时切除电源。从力的角度来看，变压器绕组中的电流与漏磁场从力的角度来看，变压器绕组中的电流与漏磁场作用产生电磁力。突然短路时，电流可达额定电作用产生电磁力。突然短路时，电流可达额定电流流2030倍，电磁力将达到正常运行时所承受电倍，电磁力将达到正常运行时所承受电磁力的磁力的400900倍。这将可能冲垮绕组、损坏绝倍。这将可能冲垮绕组、损坏绝缘。缘。
